随着工业化程度的提高，全球范围内的环境污染越来越引起人们的关注。空气中硫化物和硝化物含量的逐年增加对人类的生存构成威胁。对工业废气进行脱硫脱硝现已有多种办法，而现阶段用高能电子束辐照烟气是比较有效、科学的方法 。很多国家都在积极地研究。加速器是其中最关键的设备，其性能的好坏直接决定脱硫脱硝的效果。
1 加速器的结构及其特点
　　此类加速器属于直流高压加速器，交流380V/50Hz输入电压经变频器转换为交流400HZ电压给加速器初级线圈供电。次级线圈66个，每一个次级输出电压经过倍压整流后串联，产生几兆伏的直流高压，由级联高压系统产生的电场用于加速电子。通过调解变频器的交流输出电压(即改变初级线圈电压)可达到改变能量或稳定能量的目的。束流强度通过灯丝进行调控。整个系统的滞后性比较严重，因此要求系统的可靠性要高。整个系统及其控制如图1所示。

　　加速器主要由八部分组成：①供电系统；②高压系统；③电子枪、加速管系统；④束流引出系统；⑤真空系统；⑥绝缘气体系统；⑦冷却系统；⑧计算机控制系统。
2 硬件设计
　　计算机控制系统控制加速器及其相关设备，控制系统组成原理图如图2所示。

　　根据加速器的特点，要求控制系统长时间安全可靠地运行，以适应工业现场环境并具有强的抗电磁干扰能力，因而我们采用集散控制系统，降低了故障危险。如果一个控制站" title="控制站">控制站发生故障不能正常工作，此信号会被别的控制站采集到而采取应急措施，避免了因故障而导致整个系统的崩溃。每一个控制站都有一套完整的控制、监测、报警功能。
　　在整个控制系统中，我们采用研华586工控机作为上位机，执行对下位机的管理、数据采集、数据处理、发布启动和关机命令、修改控制参数和运行参数、记录等功能；下位机采用可编程序控制器(PLC)作为本地控制站。本系统有四个PLC本控站，分别是：束流稳定系统" title="稳定系统">稳定系统本控站(PLC1)、能量稳定系统本控站(PLC2)、引出系统本控站(PLC3)和辅助联锁本控站(PLC4)。工控机通过PC/PPI电缆(包括RS232/485转换口)实现PPI通讯。PC/PPI电缆的RS232端接到工控机的通讯口(COM1或COM2)，各本控站进行简单并联即可。
　　我们采用德国西门子公司的PLC作为本控站，其CPU为216，用户程序大小4K字节，用户数据大小2.5K 字节，支持的数字量I/O为64输入/64输出，模拟输入可扩展到 31路，模拟输出可扩展到31路，128个中断，中断事件28个，PID回路7个。每个本控站使用的I/O扩展模块不完全相同。
2.1 束流稳定控制站
　　束流稳定工作原理图如图3所示。

　　首先通过取样电阻R_S采得最后次级线圈上的电流信号(此信号代表电子束流大小)，束流信号送到PLC1的模拟输入端，经过PLC1的比较、PID回路的运算后，由PLC1的模拟输出端给出控制信号，经运放、光电隔离装置，去控制电子枪中的灯丝电流，构成闭环回路。而且束流信号与最大" title="最大">最大电流设定进行比较，如果束流信号超过最大设定，由硬件给出保护信号。为保证电子枪的使用寿命，尽量减少束流的过调量和最快地使束流稳定在给定值上，PID常数能在控制下做优化切换，并设有保护功能。
2.2 能量稳定控制站
　　能量稳定系统工作原理图如图4所示。

　　通过分压电阻R_H取得的束流能量E0的分压值，被送到PLC2的模拟输入端，经过PLC2的比较、PID回路的运算，最后由PLC2的模拟输出端给出控制信号；此信号控制变频器的输出电压，改变初级线圈上的电压值，达到稳定能量的目的。同样，从R_H上取得的电压值与最大能量设定进行比较，由硬件给出保护信号。
2.3 束流引出系统控制站
　　该系统的主要作用是保证束流均匀穿越钛箔进入辅照加工物品，不致使束流过于集中在钛箔的局部区域，造成钛箔烧毁或寿命降低。该系统还可以使进入空气后的电子按所需要的轨迹运动，以满足一些特殊的辅照工艺要求。控制电子在X、Y两个方向扫描，高频扫描(Y)频率：1800Hz；低频扫描(X)频率：100～120Hz。给偏转线圈提供三角波电流，控制束流轨迹，使之在钛箔上均匀扫描。
2.4 辅助联锁系统控制站
　　为了人员和设备的绝对安全，该系统有两种工作模式：硬件工作模式和软件工作模式。在硬件工作模式下，系统通过自身的逻辑电路，分析各个相关设备、系统的工作状态，并根据结果输出相应信号来直接关闭加速器，或禁止启动加速器。另一种模式是软件工作模式。该系统还设置有专门的打火分析系统，以便在加速器出现打火时能及时加以保护。
3 软件设计
　　控制软件分为三层：操作员层、通讯层和现场控制层。在人机交互界面这部分，采用Kingview5.0作为操作界面的编程软件。它运行于WIN95/98NT平台，是32位程序、实时多任务、多线程、支持国内外31种PLC。软件包括工艺流程图动态显示、操作显示、参数设定、运行参数实时显示、修改参数、控制命令发布、报警并打印报表等功能。
3.1 束流稳定系统
　　此系统要求能实时控制束流大小，是通过精确控制电子枪灯丝电流来实现的。不允许灯丝电流超过其最大值、实时采集束流大小，进行PID运算(包含比例、积分、微分回路)，使系统达到稳定状态。为了能让数字计算机处理PID控制，连续算式必须离散化处理。计算机处理的PID算式如下：
　　Mn＝Kc×En＋KI×En＋MX＋KD×(En－En－1)
　　输出＝比例项＋积分项＋微分项
　　其中：
　　Mn——第n次采样时刻的计算值
　　KC——PID回路比例项增益
　　En——第n 次采样时刻的偏差值(是给定值与过程变量值之差)
　　En－1——第n－1次采样时刻的偏差值
　　KI——积分项比例常数
　　MX——积分项前值(在第n－1采样时刻的积分值)
　　KD——微分项比例常数
　　调用中断事件号2(即I0.1上升沿)控制束流值越界。正常工作时，I0.1为低电平，通过硬件比较束流值是否超过最大设定值；如超过最大值，硬件给出一高电平，并接到I0.1输入端口。这样就可以快速调用中断程序。部分程序如下：
　　LD SM0.0 //定义始能端
　　ATCH 0、2 //定义中断程序0为处理I0.1上升沿中断2的中断程序
　　ENI //全局允许中断
　　LD SM5.0
　　DTCH 2 //如果发现I/O错误，禁止I0.1上升沿中断
　　LD M5.0
　　DISI //当M5.0为ON时，禁止所有中断
　　... ...
　　MEND
　　INT 0 //中断程序0
　　... ...
　　RETI
3.2 能量稳定系统
　　为增加程序的可读性，采用结构化程序设计。主程序如下：
　　LD SM0.1
　　CALL 0 //调用初始化子程序" title="子程序">子程序
　　LD I0.1 //判定控制使能端
　　CALL 1 //调用能量稳定子程序
　　LDN I0.1
　　CALL 2 //调用电压稳定子程序
　　CALL 3 //调用中断子程序
　　END
　　在初始化子程序中，首先要检测系统是否正常工作，如不能正常工作，给出故障信号使加速器不能加高压。然后给出初始化运行的各种参数。
　　在能量稳定和电压稳定子程序中，都要进行PID运算，输出模拟控制量，其过程类似于束流稳定系统。中断子程序起到快速处理故障作用。
　　在所有的系统中，都要采集外设信号。为了能读到正确的信号、最大可能地减少干扰，同时考虑到控制的实时性，须对信号进行多次采样(一般来说采样5～10次可满足要求)。